低参数汽轮发电机组轴瓦振动原因分析及处理

赵 毓,马福军

(淮北新源热电有限公司,安徽淮北 235000)

低参数汽轮发电机组轴瓦振动原因分析及处理

赵 毓,马福军

(淮北新源热电有限公司,安徽淮北 235000)

通过运用故障诊断技术,采用对热电厂轴瓦进行修配,联轴器中心找正,动、静碰磨检查,缸体膨胀检测,电气试验和动平衡检测等方法,对低参数汽轮发电机组轴瓦振动原因进行分析和处理,并成功解决了机组振动问题,保障了机组安全运行。

汽轮发电机组;轴瓦振动;原因分析;处理措施

汽轮发电机组属于高速旋转设备,存在轴向、横向、扭转三种振动。不超过标准的振动是被允许的,对设备的危害也是可忽略的。但是,汽轮发电机组振动的振幅一旦超过规定标准就变成了异常振动,对设备的危害性就很大。异常振动可能导致机组部件连接处松动断裂;汽轮机叶片折断,动、静部分加剧磨损,轴瓦损坏,主轴弯曲,发电机接地或短路等危害,这样的振动是绝对不允许的。然而,汽轮发电机组异常振动是一个比较复杂的问题,造成振动的原因很多,如转轴故障、轴承故障、联轴器故障、结构故障以及其他一些特殊故障等。因此查明振动原因,有针对性的维修才是解决汽轮发电机组异常振动的关键。

淮北新源热电有限公司一台低参数汽轮发电机组在运行中出现振动异常故障,我们通过对机组振动原因分析、故障排查,成功解决了机组振动问题。现就该案例进行分析,总结归纳其中一些经验教训,以期为解决类似振动问题的机组提供一些参考和借鉴。

1 机组概述

淮北新源热电有限公司一台低参数汽轮发电机组,主要利用工业汽轮机排汽进行二次发电,平衡对外供汽量。汽轮机为山东青能动力股份有限公司生产的3 MW低温、低压、单缸、冲动式汽轮机,型号为S3-0.5。发电机为东风电机有限公司生产的4.5 MW无刷励磁空冷发电机,型号为QF1W-4.5-2。机组于2009年12月投产运行,运行基本正常,各项参数均符合要求,唯有过临界振动较大,最大振动#3瓦垂直在150μm～200μm间。(如下图)

2012年5月,该机组出现多次非计划停机,2012年6月运行中发现#4瓦振动上升,⊥56μm、☉80μm,其它正常。2013年1月#3瓦水平振动增大到56μm,5月机组开缸大修,发现#4瓦上瓦顶部有一块钯式合金脱落,面积约3cm2,因没有备用瓦,原样恢复运行,#3瓦振动消失。

2013年7月15日,机组运行中发现#4瓦振动突然增大,⊥80μm、☉110μm,打闸停机。检查#4瓦发现原来上瓦缺陷稍有扩大,下瓦正常,对其进行修补、刮研,调整顶间隙0.30mm。开机试运,1200r/min暖机时,#3瓦水平振动28μm,其它轴瓦振动在10μm～20μm之间,过临界# 3瓦最大振动⊥150μm,3000r/min定速,各瓦振动均合格,但随后#3瓦水平振动快速增大,达80μm打闸停机。后来又启动一次,并网带负荷,但振动不减。

鉴于以上情况,该公司成立维修小组,并聘请专家到现场进行诊断并指导。维修小组通过全面检查及旋转机械振动频谱仪监测,归纳机组振动的主要特点,分析振动原因并制定维修方案,成功处理了机组振动大问题,并且通过配重解决了该机组过临界振动超标的问题,为机组的安全稳定运行提供了有力保障。

2 机组振动原因分析

机组运行中产生异常振动的原因很多,转子质量不平衡、油膜不稳、动静摩擦等都会导致运行中的机组异常振动。从振动频谱分析,机组振动可分两种振动形式：一种是强迫振动,振动频率为转子的回转频率及其倍数,产生的主要原因是转子不平衡、联轴器不对中、安装不良等;另一种是自激振动,振动频率低于转子频率,其常在某个转速下突然出现,危害性极大。新源公司主要从以下几个方面逐项排除,准确地找到了故障点,解决了机组振动问题。

(1)不闭合励磁机开关情况下,机组振动依然存在,可以排除发电机及励磁机相电压不平衡原因。

(2)运行中主汽压力、温度稳定,真空正常,排除轴封供汽温度异常,使#2、#3轴承标高变化影响转子中心,造成振动异常。

(3)运行中冷却循环水稳定,润滑油温保持在40～42℃,排除油温异常影响油膜稳定造成的振动异常。

(4)运行中汽缸内没有异声,且过临界时振动比以往没有增大,基本排除转子部件掉落。

通过振动测试,机组的振动主要特征如下：

(1)机组刚到达3000r/min时,振动处于30μm的良好水平。稍后,#2、#3、#4瓦垂直和水平方向的振动则快速爬升,尤其#3瓦水平振动的增值最大。

(2)频谱分析表明,振动频率为50Hz的工频,但含有少量100 Hz的倍频分量。

根据该机组的振动特点,结合机组的运行历史,综合分析后认为,振动突增的可能原因如下：

(1)动、静部分发生碰磨。

(2)联轴器螺栓松动,影响轴系中心和扭矩传递。

(3)联轴器与轴配合紧力不足,改变了轴系连接的同心度和平直度。

3 采取的处理措施

针对机组振动的主要原因,采取的具体措施有：

(1)各瓦的顶隙、侧隙、瓦口间隙、轴承的紧力等均应符合标准要求,并尽量使轴瓦的顶部间隙靠近标准的下限值。

(2)检查各瓦下部垫铁的接触面积是否在75%左右,并能均匀分布。

(3)汽—电侧对轮的瓢偏、晃度以及联轴器螺栓紧固后的组合晃度均应在标准要求的范围内,尤其联轴器螺栓紧固前、后的圆周晃度差应小于0.02mm。

(4)复查联轴器的中心,其应符合标准要求。

(5)动、静碰磨检查：如轴封、油档、发电机端盖和励磁机等部位是否有碰磨现象,使其间隙符合标准要求。

(6)联轴器螺栓松动的检查。

螺栓松动一般由以下原因引起：(1)螺栓强度低,发生变形;(2)紧力过大,螺栓与螺孔配合不好、螺孔偏斜等。

(7)联轴器与轴配合紧力不足：主要依据汽-电侧对轮瓢偏值和晃度值运行前后的变化进行判断。

经过维修检查,发现发电机侧对轮瓢偏值最大0.08 mm,晃动值最大0.05mm,汽轮机侧对轮晃动值最大0.03 mm。发电机及汽轮机转子返厂维修,发电机转子做高速动平衡。恢复后开机试运,1200r/min暖机时,各轴瓦振动均在10μm以下。过临界3瓦最大振动⊥32μm,2500r/min时各轴瓦振动均在30μm以下。转速升到2800r/min时3瓦水平振动开始上升,到3000r/min后3瓦水平振动最高达84μm。并网带负荷,3瓦振动稳定在→70μm左右、⊥36μm;1瓦振动→56μm、⊥12μm;2瓦振动→48μm、⊥16μm;4瓦振动→8μm左右、⊥20μm。

根据所做的检修工作,结合振动频谱分析表明,振动频率基本为50Hz的工频,振幅、相位随转速变化,3000r/ min振动稳定。经过在现场做轴系动平衡,通过在发电机两侧不同角度配重,达到了各轴承振动相位基本为零、振幅在20μm以下的优秀水平。这就彻底解决了该机组一直存在过临界轴瓦振动的问题。

4 结论

汽轮发电机组的异常振动严重影响机组的安全经济运行,新源公司机组振动故障产生的原因及处理方法给了我们一些启示。首先,设备不应带病运行,以防扩大机组损坏事故发生。所以机组振动增大时应及时将机组停止运行,查明故障原因,解决问题,其次,机组频繁启停,温度波动大,使发电机转子线圈、绝缘塞块等在应力作用下发生相对位移,改变转子质心,破坏动平衡。特别是在甩负荷时,联轴器承受巨大的冲击扭力,可能改变对轮的外圆及端面参数。因此应加强机组运行管理,提高运行人员业务素质,加强设备检修,及时消除缺陷,确保机组安全稳定运行。此外,处理汽轮机异常振动时,利用振动频谱仪采集各轴承振动参数,结合机组运行和维修记录、维修人员经验来判断。这样有利于故障分析解决,减少故障排除的盲目性,提高机组故障排查效率。

[1] 赵常兴.汽轮机组技术手册[M].北京：中国电力出版社,2007.

[2] 王东炎.发电机组异常振动排除[J].机械工业,2007 (12).

[3] 李录平.汽轮发电机组振动与处理[M].北京：中国电力出版社,2007.

[4] 赵瑞林.关于发电机组异常震动的分析[J].工业科技,2005(8).

责任编辑：为 恒

TM311

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1671-8275(2014)01-0120-02

2013-11-02

赵毓(1972-),女,安徽濉溪人,淮北新源热电有限公司工程师。